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中國突破！新型鈉電池耐177℃考驗！

【Interesting Engineering網5月30日報道】

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提升電解質穩定性可有效抑制電池運行過程中產生氣體副產物，即使在高溫條件下也是如此。

中國研究人員設計了一種突破性的智能凝膠聚合物電解質，旨在釋放鈉離子（Na-ion）電池在大規模商業儲能領域的全部潛力，該電解質同時提升了電池的安全性和耐久性。

據報道，來自中國科學院的團隊提出這項創新，旨在解決鈉離子電池面臨的最大挑戰之一——循環壽命有限和熱失控風險高。

據該團隊稱，這項研究展示了熱響應凝膠如何在極端運行條件下穩定鈉離子電池。

科學家們表示：“我們證實，這種智能凝膠聚合物電解質有助于構建穩固的電極/電解質界面層，進而提升了電極的熱穩定性和電化學穩定性。”

鈉離子電池的助推器

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作為一種極具潛力鋰離子（Li-ion）電池替代品，鈉離子技術因其豐富、低成本和環境友好的原材料，提供了一條更可持續的前進道路。然而，其熱不穩定性以及在高溫下易降解的傾向引發了安全擔憂，促使科學家們尋求更安全、更可靠的電解質解決方案。

為應對這一挑戰，研究人員采用原位自由基聚合法開發了一種特殊設計的凝膠電解質。該工藝在傳統的六氟磷酸鈉（NaPF6）-碳酸酯液態電解質中，將含氰乙基脲的甲基丙烯酸酯單體與異氰酸酯基甲基丙烯酸酯單體相結合。

當其暴露于高溫時，該混合物發生自交聯，形成穩定的聚合物凝膠——這種材料能形成三維網絡，可容納大量液體而不隨時間顯著溶解或收縮——從而保護內部組件并防止降解。

測試表明，這種創新解決方案不僅強化了電極-電解質界面，還能響應溫度升高。一旦電池溫度超過248華氏度（120攝氏度），凝膠會發生進一步聚合，阻止離子移動并抑制可能導致短路或火災的內部反應。

評估進一步揭示了性能的顯著提升。在使用NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM)正極和硬碳負極的鈉離子軟包電池中，新型電解質將熱失控起始溫度從278.6華氏度（137攝氏度）提高到350.6華氏度（177攝氏度）。

據報道，即使在122華氏度（50攝氏度）這種嚴苛的測試環境下，NFM軟包電池在500次循環后仍保持了80%的原始容量。

更智能的電解質解決方案

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科學家們指出，傳統的鈉離子電池常出現電解質分解、氣體積累和枝晶形成等問題，這些因素直接降低了性能并增加了危險故障發生風險。

他們補充道：“由于電極材料和電極/電解質界面的嚴重退化，鈉離子電池的整體性能，特別是在安全性和循環壽命方面，仍然低于預期。”

然而，這種突破性凝膠在電極和電解質之間形成了一層柔性且自我強化的屏障。這種熱響應性、界面穩定性提升和氣體析出降低的組合，在安全性和性能上都展現了顯著優勢。

他們相信，得益于其防泄漏設計以及與大規模制造工藝的良好兼容性，這種材料有助于加速向基于鈉電網級儲能解決方案的過渡。

研究人員總結道：“原位形成智能凝膠聚合物電解質背后的設計理念，為開發高安全性、長壽命且可持續的鈉離子電池提供了寶貴指導。”

編譯: 孫桂林（新能源部）

審校: 陳 晴（新能源部）

編輯: 孫桂林（新能源部）